Около пяти тысяч лет люди используют шестерни. Они есть в часах, автомобилях, заводских станках и роботах. Принцип почти не менялся: твердые зубцы сцепляются друг с другом и передают движение. Но теперь ученые показали, что шестерни могут работать без зубцов и даже без контакта.
Исследователи из Нью-Йоркского университета придумали так называемые жидкие шестерни. Вместо металла или пластика они используют потоки жидкости. И, как оказалось, этого достаточно, чтобы точно передавать вращение.
В эксперименте ученые поместили два цилиндра в густую жидкость – смесь воды и глицерина. Когда один цилиндр начинал вращаться, он создавал потоки в жидкости, которые заставляли вращаться второй цилиндр.
Интересно, что результат зависел от расстояния между цилиндрами. Если они находились близко друг к другу, в жидкости возникали маленькие вихри. В таком режиме второй цилиндр начинал крутиться в противоположную сторону.
Если же цилиндры раздвигали дальше, потоки жидкости начинали двигаться по кругу, словно невидимый ремень. Тогда оба цилиндра вращались в одном направлении.
Главное преимущество жидких шестерен – отсутствие контакта. В обычных механизмах детали трутся друг о друга, изнашиваются, могут заклинить из‑за пыли, песка или перекоса.
В системе с жидкостью такой проблемы почти нет. Если в поток попадет препятствие, жидкость просто обтечет его.
Кроме того, такие шестерни очень гибкие. Меняя скорость потока или вязкость жидкости, можно прямо на ходу менять передаточное отношение – без замены деталей и сложных механизмов.
Особенно перспективной эта идея выглядит для мягкой робототехники. Это роботы из гибких материалов – силикона, резины, полимеров – которые должны двигаться плавно и безопасно рядом с людьми.
